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炭素繊維三次元構造体及びその製造方法

国内特許コード	P200017248
整理番号	T3-18011-T
掲載日	2020年10月20日
出願番号	特願2019-019497
公開番号	特開2020-125526
出願日	平成31年2月6日(2019.2.6)
公開日	令和2年8月20日(2020.8.20)
発明者	森正和
出願人	学校法人龍谷大学
発明の名称	炭素繊維三次元構造体及びその製造方法
発明の概要	【課題】炭素繊維に表面処理を施すことなく高密度かつ多面積な炭素繊維三次元構造体を効率的に形成できる方法であって、炭素繊維の付着効率と充填率を共に高いレベルで両立することができる炭素繊維三次元構造体の製造方法、及び当該製造方法によって得られる炭素繊維三次元構造体を提供する。【解決手段】基材に炭素短繊維を吹き付けることにより炭素繊維三次元構造体を形成させる方法であって、炭素短繊維は平均繊維長が１３０～１８０μｍであり、炭素短繊維の繊維長分布において、繊維長が５００μｍ以上の割合が１～５％、繊維長が５０μｍ以下の割合が５～２０％であり、エアロゾルデポジション法を用いて炭素短繊維を前記基材に吹き付けること、を特徴とする炭素繊維三次元構造体の製造方法。【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要	炭素繊維の優れた電気的特性及び熱的特性を活用でき、各種母材に対する強化材や触媒担体等としても利用できる三次元構造体として、炭素短繊維の集合体である三次元構造体が注目されており、その構造や製造方法が種々検討されている。例えば、特許文献１（特開２０１４－２４０１２３号公報）に記載の三次元繊維構造体においては、基材に短繊維を吹き付けることにより当該短繊維を基材に結合させてなる三次元繊維構造体であって、当該基材はゲル状の固体または空隙を有する多孔質体であって、当該固体の表面又は空隙部分に短繊維を刺し込ませることにより、短繊維を基材に結合させている三次元繊維構造体、が開示されている。上記特許文献１に記載の三次元繊維構造体では、基材に短繊維を高密度で吹き付けた三次元繊維構造体とすることができることから、高密度で多表面積の三次元繊維構造体を提供することができる、としている。また、基材上に微細粒子からなる三次元構造体を形成させる方法としては、特許文献２（特開２０１０－１２１２０３号公報）に、多孔質基材上にエアロゾルデポジション法により緻密様脆性材料構造物が形成された複合構造物の製造方法であって、多孔質基材は三次元網目構造状の連続気孔を有し、且つ、多孔質基材の表面であって緻密質脆性材料構造物との界面を形成する表面は連続気孔と連通する表面気孔を有するものであり、表面気孔に選択的に脆性材料微粒子の圧粉体様構造物を形成させる第一の工程を行い、その後に、エアロゾルデポジション法により脆性材料微粒子を噴射し、表面気孔に選択的に脆性材料微粒子の圧粉体様構造物が形成された多孔質基材の表面に脆性微粒子を衝突させることで、多孔質基材の表面に脆性材料微粒子と同じ構成材料からなる緻密様脆性材料構造物を形成させる第二の工程を行なうことを特徴とする複合構造物の製造方法、が開示されている。上記特許文献２に記載の複合構造物の製造方法においては、上記工程を有していることにより、エアロゾルデポジション法で作製することが従来困難であったセラミックスや金属の多孔質基材の表面に緻密な脆性材料の構造物が形成された複合構造物を作製することが可能となる、としている。また、本発明者も炭素繊維からなる三次元構造体の製造方法について検討を行っており、特許文献３（特開２０１８－１６１７６６号公報）において、基材に炭素短繊維を吹き付けることにより炭素繊維三次元構造体を形成させる方法であって、炭素短繊維に対して熱処理及び／又は液相酸化法を用いた表面処理を施し、吹付用炭素短繊維を得る第一工程と、エアロゾルデポジション法を用いて吹付用炭素短繊維を基材に吹き付ける第二工程と、を有すること、を特徴とする炭素繊維三次元構造体の製造方法、を提案している。上記特許文献３に記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法においては、表面処理を施した炭素繊維をエアロゾルデポジション法により基材に吹き付けることで、炭素繊維の種類を問わず高密度かつ多面積な三次元構造体を効率的に形成でき、三次元繊維構造体の厚膜化を達成することができる。
産業上の利用分野	本発明は炭素繊維三次元構造体及びその製造方法に関し、より具体的には、炭素短繊維が三次元的に絡み合った炭素繊維構造体及びその製造方法に関する。
特許請求の範囲	【請求項1】基材に炭素短繊維を吹き付けることにより炭素繊維三次元構造体を形成させる方法であって、前記炭素短繊維は平均繊維長が１３０～１８０μｍであり、前記炭素短繊維の繊維長分布において、繊維長が５００μｍ以上の割合が１～５％、繊維長が５０μｍ以下の割合が５～２０％であり、エアロゾルデポジション法を用いて前記炭素短繊維を前記基材に吹き付けること、を特徴とする炭素繊維三次元構造体の製造方法。【請求項2】前記エアロゾルデポジション法に扇形ノズルを用いること、を特徴とする請求項１に記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法。【請求項3】前記炭素短繊維がミルドファイバーであること、を特徴とする請求項１又は２に記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法。【請求項4】前記炭素短繊維の平均直径が５～１５μｍであること、を特徴とする請求項１～３のうちのいずれかに記載の炭素繊維三次元構造体の製造方法。【請求項5】炭素短繊維同士が三次元的に絡み合った炭素繊維三次元構造体であって、前記炭素短繊維は繊維長が５００μｍ以上の炭素短繊維（５００）と繊維長が５０μｍ以下の炭素短繊維（５０）を含み、式（１）で求められる前記炭素繊維三次元構造体における前記炭素短繊維の充填率が０．００５以上であること、を特徴とする炭素繊維三次元構造体。炭素繊維三次元構造体の重量（ｇ）／炭素繊維三次元構造体の正面投影図から算出される面積（ｍｍ^２）（１）【請求項6】前記炭素繊維三次元構造体の高さ方向に前記炭素短繊維（５００）が配向し、前記炭素繊維三次元構造体の幅方向に前記炭素短繊維（５０）が配向していること、を特徴とする請求項５に記載の炭素繊維三次元構造体。【請求項7】前記炭素短繊維の平均直径が５～１５μｍであること、を特徴とする請求項５又は６に記載の炭素繊維三次元構造体。
国際特許分類(IPC)	C23C 24/04 粒子の衝撃析出または動力学的析出 D04H 1/4242 炭素繊維 B32B 5/24 １つの層が繊維層または繊条層であるもの B32B 9/00 本質的にグループＢ３２Ｂ１１／００～Ｂ３２Ｂ２９／００に包含されない特殊な物質からなる積層体
Fターム	4F100AD11 炭素製品（セラミック） 4F100AT00 基材、フィルム、成形品 4F100BA02 ２層構造積層体 4F100BA07 非対称構造の積層体（ＡＢＣ） 4F100BA10 外層 4F100DG03 短繊維 4F100DG15 不織布、フェルト 4F100EH61 噴霧 4K044AA16 有機質のもの 4K044BA18 Ｂ、Ｃ、Ｎこれらとの化合物 4K044BC05 被膜密着性、耐粉化性、加工性 4K044CA23 圧力を加えるもの 4K044CA27 被覆用組成物、その製造 4K044CA29 粉末の処理、形状、構造、構成材料 4L047AA03 炭素 4L047CA02 ウエブとの 4L047CB04 熱特性 4L047CB10 その他（Ｆ）
出願権利状態	公開

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発明の名称	CARBON FIBER THREE DIMENSIONAL STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
発明の概要	PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a carbon fiber three dimensional structure, capable of efficiently forming the carbon fiber three dimensional structure having a high density and a large area without subjecting carbon fibers to surface treatment and obtaining the deposition efficiency and the filling ratio of the carbon fibers at a high level, and the carbon fiber three dimensional structure obtained by the manufacturing method. SOLUTION: The method for manufacturing a carbon fiber three dimensional structure, capable of forming the carbon fiber three dimensional structure by blowing carbon short fibers on a base material includes blowing the carbon short fibers on the base material using an aerosol deposition method. The carbon short fibers have an average fiber length of 130-180 μm, and in the fiber length distribution of the carbon short fibers, a proportion having a fiber length of 500 μm or more is 1-5%, and a proportion having a fiber length of 50 μm or less is 5-20%.

発明の名称

CARBON FIBER THREE DIMENSIONAL STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

発明の概要

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a carbon fiber three dimensional structure, capable of efficiently forming the carbon fiber three dimensional structure having a high density and a large area without subjecting carbon fibers to surface treatment and obtaining the deposition efficiency and the filling ratio of the carbon fibers at a high level, and the carbon fiber three dimensional structure obtained by the manufacturing method.
SOLUTION: The method for manufacturing a carbon fiber three dimensional structure, capable of forming the carbon fiber three dimensional structure by blowing carbon short fibers on a base material includes blowing the carbon short fibers on the base material using an aerosol deposition method. The carbon short fibers have an average fiber length of 130-180 μm, and in the fiber length distribution of the carbon short fibers, a proportion having a fiber length of 500 μm or more is 1-5%, and a proportion having a fiber length of 50 μm or less is 5-20%.

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